- 不可能的六件事:一看就懂的量子物理课
- (英)约翰·格里宾
- 1177字
- 2020-11-21 20:06:31
前言
这是怎么回事,阿尔菲?
人们需要量子的慰藉
量子物理很奇特。至少我们觉得它很奇特,因为原子层次和亚原子层次的粒子世界的运行方式(如理查德·费曼所言,光与无知的行为)是由量子世界的规则决定的,而这些规则我们不熟悉,不是我们称之为“常识”的那些东西。
量子世界的规则似乎在告诉我们,一只猫可以同时是活着的或者死去的,而一个粒子可以同时在两个地方存在。的确,那个粒子同时也是一列波,而且量子世界里的每一种事物都既可以完全以波的术语(terms)解释,也可以完全以粒子的术语解释,全依喜好而定。埃尔温·薛定谔发现了描述波的量子世界的方程,维尔纳·海森堡发现了描述粒子的量子世界的方程,而保罗·狄拉克(Paul Dirac)则证明,对于描述量子世界而言,这两个版本(versions)完全等同。在20世纪20年代末,所有这些都是清楚的。然而让许多物理学家——更不用说普通人——感到万分压抑的是,无论当时还是后来,任何人都无法对量子世界的真实情况给出一个符合常识的解释。对于这种状况的一种反应是不理会这个麻烦,寄希望它有一天会突然消失。如果你想要做点工作,比如设计一台激光器,解释DNA的结构或者建造一台量子计算机,这些方程(不管你愿意选哪一个)能够派上大用场。实际上,人们告诉一代又一代大学生:“闭上嘴,算你的就是。”不要问这些方程有什么意义,得出结果就行了。这就相当让你把手指塞进耳朵,口中念念有词地说:“啦啦啦,我听不见你。”更愿意思索的物理学家用其他方法寻求慰藉,他们变着法儿地拿出了各种补救方法,多少有些拼着命地试图“说明”量子世界中发生的现象。
这些补救方法就是有关量子的慰藉,人们称它们为“解释”。在方程的层次上,这些解释中没有任何一种比别的解释更好,尽管那些解释者和他们的门徒都会告诉你,他们自己偏爱的解释才是不二法门,相信其他解释等于追随异端邪说。而另一方面,从数学来讲,也没有一种解释比任何别的解释差。很有可能,这说明我们漏掉了什么东西。或许有一天,我们会发现一种对于世界辉煌的解释,它能做出与今天的量子理论同样的预测,而且非常合理。好吧,至少我们可以这样希望。
与此同时,我认为,值得以一个不可知论者的方式,对量子物理学的一些主要解释加以综述。与一般常识相比,这些解释都很疯狂,而且其中的一些比其他的更疯狂。但在这个世界上,疯狂不一定错误,更疯狂不一定错得更厉害。我选择了六个例子,主要是为了说明我引用《爱丽丝梦游仙境》中的话合乎道理。我对它们的相对价值有自己的看法,但不想在这里透露,打算留给读者自己选择。或者,你当然也可以把手指塞进耳朵,嘴里说“啦啦啦,我听不见你说啥”。
但是,在给出这些解释之前,我应该先说清楚我们想要解释的是什么。科学的发展常常是走走停停的,但对于量子物理学的问题,以两个故事作为开始,并向查尔斯·路德维希·道奇森(Charles Lutwidge Dodgson)致以敬意,似乎是更为合适的。
约翰·格里宾
2018年6月